WO2013113222A1 - 一种回转机构的控制系统及塔式起重机 - Google Patents

一种回转机构的控制系统及塔式起重机 Download PDF

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    • H02P2207/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/01—Asynchronous machines

Definitions

  • the relevant parameters of the existing slewing mechanism control system are shown in Table 1.
  • Table 1 The characteristic curve between the motor speed and the braking torque is shown in Figure 1. It can be seen that the first gear, the second gear, the third gear and the fourth gear respectively require the corresponding voltage regulating device output voltage (ie, the input voltage of the motor) and the corresponding brake regulating device output voltage (ie, the brake device The input voltage) is matched to achieve the purpose of adjusting the rotary running speed of the rotary mechanism. Due to the instability and uncertainty of the construction site voltage, the control relationship between the output voltage of the voltage regulating device and the output voltage of the brake regulating device is difficult. coordination.
  • the characteristic curve between the motor speed and the braking torque reflects the relevant parameter relationship of the slewing mechanism control system more intuitively.

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Abstract

一种回转机构的控制系统，包括：电动机（14）；制动装置（15）；控制设备（11），用于根据输入的回转机构启动信号输出第一启动调压控制信号和第二启动调压控制信号，及根据输入的回转机构调速信号输出额定工作电压控制信号和调速调压控制信号；第一调压设备（12），用于根据输入的第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压，及根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定工作电压；第二调压设备（13），用于根据输入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压，及根据输入的调速调压控制信号调节制动装置的输入电压。本发明回转运行速度主要由第二调压设备（13）来调节，调速更加平滑，控制方式简单，回转机构控制系统的自适应性和稳定性大大提高。

Description

一种回转机构的控制系统及塔式起重机
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域， 特别是涉及一种回转机构的控制系统 及塔式起重机。 背景技术
塔式起重机 （简称塔机） 是建筑施工中一种重要的起重运输机械， 塔 机的三大工作机构 （起升机构、 回转机构和变幅机构） 的调速性能直接影 响到塔机的工作效率、 安全性和可靠性。 塔机的回转机构启动、 制动频繁， 回转时需要克服自重及吊重的惯性力矩， 及风阻力矩、 摩擦力矩和其他阻 力矩， 其中风阻力矩和惯性力矩占有较大的比例。 随着塔机起重臂被设计 的越来越长， 塔机所受的惯性力矩和风阻力矩均相应的增加， 这样极易导 致塔机的操控不稳定。
现有塔机回转机构的控制系统通常包括： 控制设备、 调压设备、 制动 调节设备、 制动装置和电动机。 进行调速换挡 （包括启动） 控制时， 控制 设备根据输入的调速换挡信号向调压设备输出调压控制信号， 调节调压设 备对电动机的输出电压， 从而调节电动机的输出转矩； 与此同时， 控制设 备也根据输入的调速换挡信号向制动调节设备输出制动调节控制信号， 调 节制动调节设备的输出电压， 从而调节制动装置的制动力矩； 电动机的输 出转矩与制动装置的制动力矩的矢量和即为回转机构的实际输出力矩， 而 实际输出力矩最终表现为回转机构的回转运行速度。
现有技术存在的缺陷在于， 回转机构的控制系统在进行调速换挡控制 时， 需要由调压设备同时配合制动调节设备来调节回转机构的实际输出力 矩， 进而调节回转运行速度， 由于施工工地电压的不稳定性和不确定性， 调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较难协 调。 发明内容
本发明提供了一种回转机构的控制系统及塔式起重机， 用以解决现有 技术中调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较 难协调的技术问题。
本发明回转机构的控制系统， 包括电动机、 制动装置、 控制设备、 第 一调压设备和第二调压设备， 其中，
所述电动机， 用于对回转机构输出驱动力矩；
所述制动装置， 用于对回转机构输出制动力矩；
所述控制设备， 用于在回转机构启动时， 根据输入的回转机构启动信 号输出第一启动调压控制信号给第一调压设备， 输出第二启动调压控制信 号给第二调压设备； 及在回转机构启动后， 根据输入的回转机构调速信号 输出额定工作电压控制信号给第一调压设备， 输出调速调压控制信号给第 二调压设备；
所述第一调压设备， 用于根据所述第一启动调压控制信号调节电动机 的输入电压； 及根据所述额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为 额定工作电压；
所述第二调压设备， 用于根据所述第二启动调压控制信号调节制动装 置的输入电压， 及根据所述调速调压控制信号调节制动装置的输入电压。
本发明塔式起重机， 包括前述技术方案中所述的回转机构的控制系统。 在本发明技术方案中， 当启动回转机构时， 第一调压设备根据输入的 第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压， 同时第二调压设备根据输 入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压， 第一调压设备和第 二调压设备配合调节回转机构的启动速度； 而当对回转机构进行调速时， 第一调压设备根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为 额定工作电压， 第二调压设备根据输入的调速调压控制信号调节制动装置 的输入电压， 此时， 第一调压设备对电动机输出恒定不变的额定工作电压， 主要由第二调压设备来最终调节回转机构的回转运行速度， 调速更加平滑， 控制方式简单， 回转机构控制系统的自适应性和稳定性大大提高。 附图说明
图 1 为现有回转机构的控制系统中电动机的转速与制动力矩之间的特 性曲线图；
图 2为本发明实施例回转机构的控制系统结构示意图；
图 3 为本发明实施例回转机构的控制系统中电动机的转速与制动力矩 之间的特性曲线图；
图 4为本发明实施例回转机构的控制系统在回转机构启动时的控制流 程示意图；
图 5 为本发明实施例回转机构的控制系统在回转机构调速时的控制流 程示意图。 具体实施方式
为了解决现有技术中调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压 之间的控制关系较难协调的技术问题， 本发明提供了一种回转机构的控制 系统及塔式起重机。
如图 2所示， 本发明回转机构的控制系统， 包括电动机 14、 制动装置 15、 控制设备 11、 第一调压设备 12和第二调压设备 13， 其中，
所述电动机 14， 用于对回转机构输出驱动力矩；
所述制动装置 15， 用于对回转机构输出制动力矩；
所述控制设备 11， 用于在回转机构启动时， 根据输入的回转机构启动 信号输出第一启动调压控制信号给第一调压设备 12， 输出第二启动调压控 制信号给第二调压设备 13 ; 及在回转机构启动后， 根据输入的回转机构调 速信号输出额定工作电压控制信号给第一调压设备 12， 输出调速调压控制 信号给第二调压设备 13 ;
所述第一调压设备 12， 用于根据所述第一启动调压控制信号调节电动 机 14的输入电压； 及根据所述额定工作电压控制信号调节电动机 14的输 入电压为额定工作电压；
所述第二调压设备 13， 用于根据所述第二启动调压控制信号调节制动 装置 15的输入电压， 及根据所述调速调压控制信号调节制动装置 15的输 入电压。
电动机 14的输入电压即为第一调压设备 12的输出电压， 制动装置 15 的输入电压即为第二调压设备 13的输出电压； 制动装置 15对回转机构输 出的制动力矩与电动机 14对回转机构输出的驱动力矩方向相反。
本发明回转机构的控制系统可以应用于各种具有回转机构的工程机 械， 例如塔式起重机、 轮式起重机等， 下面以塔式起重机为例， 对本发明 的实施例作详细说明。
电动机 14优选为三相异步力矩电动机。 力矩电动机具有启动转矩高、 自适应性强、 调速范围宽的特点， 作为回转机构的驱动电动机具有较大的 优势， 尤其适合应用于塔机回转机构的大惯性控制系统中。
所述制动装置 15优选为涡流制动器， 则所述第二调压设备 13为涡流 调节器。
所述回转机构可以为无级调速或档位调速等， 当所述回转机构为至少 两档的调速回转机构时， 第一档为启动档， 所述回转机构启动信号是根据 第一档位信息获得， 所述第一启动调压控制信号是根据所述回转机构启动 信号和保存的第一启动对应关系获得， 所述第二启动调压控制信号是根据 所述回转机构启动信号和保存的第二启动对应关系获得； 所述回转机构调 速信号是根据选择的第一档之外的档位信息获得， 所述额定工作电压控制 信号是根据所述回转机构调速信号和保存的额定工作电压对应关系获得， 所述调速调压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保存的调速对应关 系获得。
所述至少两档的调速回转机构中， 第一档所对应的电动机的输入电压 小于电动机的额定工作电压； 第一档所对应的制动装置的输入电压小于第 二档所对应的制动装置的输入电压， 且自第二档起的档位所对应的制动装 置的输入电压依次降低； 则自第一档起的档位所对应的回转机构的回转运 行速度依次增大。
以四档调速回转机构为例， 下面将现有回转机构控制系统与本发明实 施例回转机构控制系统作以分析比较。
现有回转机构控制系统的相关参数如表 1 所示， 电动机的转速与制动 力矩之间的特性曲线如图 1 所示。 可以看出， 第一档、 第二档、 第三档和 第四档分别需要相应的调压设备输出电压 （即电动机的输入电压） 和相应 的制动调节设备输出电压 （即制动装置的输入电压） 配合， 以达到调节回 转机构回转运行速度的目的， 由于施工工地电压的不稳定性和不确定性， 调压设备的输出电压和制动调节设备的输出电压之间的控制关系较难协 调。
Figure imgf000006_0001
表 1 现有回转机构控制系统的相关参数表
立 第一调压设 第二调压设 回转运行速度 备输出电压 备输出电压
1 Ul '
2 uN u2' v2
3 uN u3' v3
4 uN u4' v4
关系： <UN ； ui'< u2'> u3'> u4 '； Vi <V2 <V3 <V4
表 2 本发明实施例回转机构控制系统的相关参数表
本发明实施例回转机构控制系统的相关参数如表 2所示， 第一档、 第 二档、 第三档和第四档所对应的电动机的输入电压和制动装置的输入电压， 及回转机构的回转运行速度之间满足关系：
Ui<UN; ui'<u2', 且 u2'〉u3'〉u4'; Vi<V2<V3<V4;
其中， 为第一档启动时的电动机的输入电压； UN为第二档、 第三档 和第四档时的电动机的输入电压； ιιΛ u2'、 u3'和 u4'分别为第一档、 第二 档、 第三档和第四档时的制动装置的输入电压； Vi、 V2、 ¼和 ¥4分别 为第一档、 第二档、 第三档和第四档时的回转机构的回转运行速度。
如图 3所示， 电动机的转速与制动力矩之间的特性曲线更加直观的反 映了回转机构控制系统的相关参数关系。
当塔式起重机的回转机构启动时， 通过第一调压设备将三相异步力矩 电动机的输入电压调低至小于额定工作电压， 配合涡流调节器对涡流制动 器的调节以达到平稳启动的目的； 当回转机构启动后， 在正常运行状态， 将额定工作电压 （例如， 施工工地的电压） 施加于三相异步力矩电动机， 主要通过涡流调节器调节涡流制动器的输入电压， 进而调节涡流制动器的 制动力矩， 最终调节回转机构在启动后的回转运行速度。
设 M。为回转机构的实际输出力矩， Mi为三相异步力矩电动机的输出 力矩， M2为涡流制动器的输出力矩， 则 M。、 M^P M2之间满足关系：
Μ0=Μι+Μ2
回转机构的实际输出力矩 M。最终表现为塔式起重机的回转运行速度， 对回转运行速度的控制， 主要是通过对 M。的调节来实现。 当回转机构启动 后， 三相异步力矩电动机的输出力矩 为额定工作电压下的恒定值， 对实 际输出力矩 M。的调节主要是通过对涡流制动器的输出力矩 M2的调节来实 现。
如图 4所示， 本发明回转机构的控制系统在回转机构启动时的控制流 程为：
步骤 101 : 根据输入的回转机构启动信号， 输出第一启动调压控制信号 和第二启动调压控制信号；
步骤 102: 根据输入的第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压， 同时， 根据输入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压；
步骤 103 : 通过电动机对回转机构输出驱动力矩， 同时， 通过制动装置 对回转机构输出制动力矩， 启动回转机构。
如图 5所示， 本发明回转机构的控制系统在回转机构调速时的控制流 程为：
步骤 201 : 根据输入的回转机构调速信号， 输出额定工作电压控制信号 和调速调压控制信号；
步骤 202:根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为 额定工作电压， 同时， 根据输入的调速调压控制信号调节制动装置的输入 电压；
步骤 203 : 通过电动机对回转机构输出驱动力矩， 同时， 通过制动装置 对回转机构输出制动力矩， 对回转机构进行调速。
本发明塔式起重机， 包括如前述技术方案中所述的回转机构的控制系 统。
在本发明技术方案中， 当启动回转机构时， 第一调压设备根据输入的 第一启动调压控制信号调节电动机的输入电压， 同时第二调压设备根据输 入的第二启动调压控制信号调节制动装置的输入电压， 第一调压设备和第 二调压设备配合调节回转机构的启动速度； 而当对回转机构进行调速时， 第一调压设备根据输入的额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为 额定工作电压， 第二调压设备根据输入的调速调压控制信号调节制动装置 的输入电压， 此时， 第一调压设备对电动机输出恒定不变的额定工作电压， 主要由第二调压设备来最终调节回转机构的回转运行速度， 调速更加平滑， 控制方式简单， 回转机构控制系统的自适应性和稳定性大大提高。
显然， 本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离 本发明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在 内。

Claims

权利要求
1、 一种回转机构的控制系统， 其特征在于， 包括电动机、 制动装置、 控制设备、 第一调压设备和第二调压设备， 其中，
所述电动机， 用于对回转机构输出驱动力矩；
所述制动装置， 用于对回转机构输出制动力矩；
所述控制设备， 用于在回转机构启动时， 根据输入的回转机构启动信号 输出第一启动调压控制信号给第一调压设备， 输出第二启动调压控制信号给 第二调压设备； 及在回转机构启动后， 根据输入的回转机构调速信号输出额 定工作电压控制信号给第一调压设备，输出调速调压控制信号给第二调压设 备；
所述第一调压设备，用于根据所述第一启动调压控制信号调节电动机的 输入电压；及根据所述额定工作电压控制信号调节电动机的输入电压为额定 工作电压；
所述第二调压设备，用于根据所述第二启动调压控制信号调节制动装置 的输入电压， 及根据所述调速调压控制信号调节制动装置的输入电压。
2、 如权利要求 1所述的控制系统， 其特征在于， 所述电动机为三相异 步力矩电动机。
3、 如权利要求 1所述的控制系统， 其特征在于， 所述制动装置为涡流 制动器。
4、 如权利要求 3所述的控制系统， 其特征在于， 所述第二调压设备为 涡流调节器。
5、 如权利要求 1所述的控制系统， 其特征在于， 所述回转机构为至少 两档的调速回转机构， 其中，
第一档为启动档， 所述回转机构启动信号是根据第一档位信息获得， 所 述第一启动调压控制信号是根据所述回转机构启动信号和保存的第一启动 对应关系获得，所述第二启动调压控制信号是根据所述回转机构启动信号和 保存的第二启动对应关系获得；
所述回转机构调速信号是根据选择的第一档之外的档位信息获得，所述 额定工作电压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保存的额定工作电 压对应关系获得，所述调速调压控制信号是根据所述回转机构调速信号和保 存的调速对应关系获得。
6、 如权利要求 5所述的控制系统， 其特征在于， 所述至少两档的调速 回转机构中，
第一档所对应的电动机的输入电压小于电动机的额定工作电压； 第一档所对应的制动装置的输入电压小于第二档所对应的制动装置的 输入电压， 且自第二档起的档位所对应的制动装置的输入电压依次降低； 则自第一档起的档位所对应的回转机构的回转运行速度依次增大。
7、 一种塔式起重机， 其特征在于， 包括如权利要求 1~6中任意一项所 述的回转机构的控制系统。
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